Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность изменяется в зависимости от времени суток, года, метеорологических условий. Поэтому в качестве критерия оценки естественного освещения принята относительная величина - коэффициент естественной освещенности КЕО, не зависящий от вышеуказанных параметров.
КЕО - это отношение освещенности в данной точке внутри помещения Евн к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Ен, создаваемой светом полностью открытого небосвода, выраженное в процентах, т.е.
КЕО = 100 Евн/Ен.
Принято раздельное нормирование КЕО для бокового и верхнего естественного освещения. При боковом освещении нормируют минимальное значение КЕО в пределах рабочей зоны, которое должно быть обеспечено в точках, наиболее удаленных от окна; в помещениях с верхним и комбинированным освещением - по усредненному КЕО в пределах рабочей зоны. Нормированное значение КЕО с учетом характеристики зрительной работы, системы освещения, района расположения зданий на территории страны:
ен = КЕО тс,
где КЕО - коэффициент естественной освещенности; определяется по СНиП 23-05-95;
т - коэффициент светового климата, определяемый в зависимости от района расположения здания на территории страны;
с - коэффициент солнечности климата, определяемый в зависимости от ориентации здания относительно сторон света;
коэффициенты т и с определяют по таблицам СНиП 23-05-95.1
Совмещенное освещение допускается для производственных помещений, в которых выполняются зрительные работы I и II разрядов; для производственных помещений, строящихся в северной климатической зоне страны; для помещений, в которых по условиям технологии требуется выдерживать стабильными параметры воздушной среды (участки прецизионных металлообрабатывающих станков, электропрецизионного оборудования). При этом общее искусственное освещение помещений должно обеспечиваться газоразрядными лампами, а нормы освещенности повышаются на одну ступень.
При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные вопросы:
выбрать систему освещения и тип источника света,
установить тип светильников,
произвести размещение светильников,
уточнить количество светильников.
При этом следует учитывать, что освещенность любой точки внутри помещения имеет две составляющие: прямую, создаваемую непосредственно светильниками, и отраженную, которая образуется отраженным от потолка и стен световым потоком.
Исходными данными для светотехнических расчетов являются:
нормируемое значение минимальной или средней освещенности,
тип источника света и светильника,
высота установки светильника,
геометрические размеры освещаемого помещения или открытого пространства,
коэффициенты отражения потолка, стен и расчетной поверхности помещения.
Существуют различные методы расчета искусственного освещения, которые можно свести к двум основным: точечному и методу коэффициента использования светового потока.
Точечный метод предназначен для нахождения освещенности в расчетной точке, он служит для расчета освещения произвольно расположенных поверхностей при любом распределении освещенности. Отраженная составляющая освещенности в этом методе учитывается приближенно. Точечным методом рассчитывается общее локализованное освещение, а также общее равномерное освещение при наличии существенных затенений.
Наиболее распространенным в проектной практике является метод расчета искусственного освещения по методу коэффициента использования светового потока.
Освещаемый объем помещения ограничивается ограждающими поверхностями, отражающими значительную часть светового потока, попадающего на них от источников света. В установках внутреннего освещения отражающими поверхностями являются пол, стены, потолок и оборудование, установленное в помещении. В тех случаях, когда поверхности, ограничивающие пространство, имеют высокие значения коэффициентов отражения, отраженная составляющая освещенности может иметь также большое значение и ее учет необходим, поскольку отраженные потоки могут быть сравнимы с прямыми и их недооценка может привести к значительным погрешностям в расчетах.
Рассматриваемый метод позволяет производить расчет осветительной установки (ОУ) с учетом прямой и отраженной составляющих освещенности и применяется для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей, равновеликих полу, при светильниках любого типа.
Под коэффициентом использования светового потока (или осветительной установки) принято понимать отношение светового потока, падающего на расчетную плоскость, к световому потоку источников света
Uoy=Фр/nФл,
где Фр - световой поток, падающий на расчетную плоскость; Фл - световой поток источника света; n - число источников света.
Коэффициент использования ОУ, характеризующий эффективность использования светового потока источников света, определяется, с одной стороны, светораспределением и размещением светильников, а с другой - соотношением размеров освещаемого помещения и отражающими свойствами его поверхностей.
Потребный поток источников света (ламп) в каждом светильнике Ф, для создания нормированной освещенности, находится по формуле:
Ф=ЕКзSz/NUoy,
где Е - заданная минимальная освещенность, лк; Кз - коэффициент запаса; S - освещаемая площадь (площадь расчетной поверхности), м2; z - отношение Еср/Емин; N - число светильников; Uоу - коэффициент использования в долях единицы.
По рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на -10 - +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.
При выбранном типе светильника и спектральном типе ламп поток ламп в каждом светильнике Ф1 может иметь различные значения. Число светильников в ряду N определяется как
N=Ф/Ф1,где Ф1 - поток ламп в каждом светильнике.
Суммарная длина N светильников сопоставляется с длиной помещения, причем возможны следующие случаи:
суммарная длина светильников превышает длину помещения: необходимо или применить более мощные лампы (у которых поток на единицу длины больше), или увеличить число рядов;
суммарная длина светильников равна длине помещения: задача решается устройством непрерывного ряда светильников;
суммарная длина светильников меньше длины помещения: принимается ряд с равномерно распределенными вдоль него разрывами l между светильниками. Рекомендуется, чтобы l не превышало примерно 0,5 расчетной высоты (кроме случая использования многоламповых светильников в помещениях общественных и административных зданий).
Коэффициент z, характеризующий неравномерность освещения, является функцией многих переменных и в наибольшей степени зависит от отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте (L/h), с увеличением которого z резко возрастает. При L/h, не превышающем рекомендуемых значений, можно принимать z равным 1,15 для ламп накаливания и ДРЛ и 1,1 для люминесцентных ламп при расположении светильников в виде светящихся линий. Для отраженного освещения можно считать z = 1,0.
Для определения коэффициента использования Uоу находится индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка - rп, стен - rс, расчетной поверхности или пола - rр.
Индекс помещения i находится по формуле:
i=AB/h(A+B),
где А - длина помещения, В - его ширина, h - расчетная высота.
Для помещений практически не ограниченной длины можно считать i = B/h.
Для упрощения определения i служат специальные справочные таблицы.
Во всех случаях i округляется до ближайших табличных значений; при i > 5 принимается i = 5.
С увеличением значения индекса помещения повышается коэффициент использования светового потока, так как при этом возрастает доля светового потока, непосредственно падающего на освещаемую поверхность. Коэффициент использования также повышается с увеличением коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности.
При расчетах ОУ со стандартными светильниками Uоу определяется из справочных таблиц с учетом коэффициентов отражения стен, потолка, пола и индекса помещения. Порядок расчета ОУ методом коэффициента использования светового потока следующий:
определяется расчетная высота помещения hр, тип и число светильников в помещении;
по таблицам находят коэффициент запаса Кз и поправочный коэффициент z;
для зрительной работы, характерной для заданного помещения, по табл.4.1 определяется нормируемое значение освещенности в расчетной плоскости Е;
для заданного (с определенными геометрическими размерами) помещения.
по справочным таблицам, в зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности определяют коэффициент использования Uоу;
рассчитывают световой поток Ф в светильнике, необходимый для создания на рабочих поверхностях освещенности Е не ниже нормируемой на все время эксплуатации осветительной установки;
по рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на -10 - +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.1
Иногда решается обратная задача - по известному световому потоку Ф лампы (ламп) в светильнике определяется необходимое число ламп или светильников N для получения нормированной освещенности Е.
В тех случаях, когда в в таблицах отсутствуют данные о коэффициентах использования светильников, например новых модификаций, эти коэффициенты могут быть приближенно определены следующим путем: